конструктивна міцність

Питання записаний в деталі машин, але відноситься до матеріалознавства

ПОНЯТТЯ Про КОНСТРУКТИВНОЇ МІЦНОСТІ.

Під несучою здатністю зазвичай розуміють здатність конструкції чинити опір наступу граничних станів. Несуча здатність конструкції пов'язана з діючими напруженнями і міцністю і вбирає в себе поняття міцності. Наприклад, поява течі внаслідок порушення цілісності від корозії безпосередньо не пов'язане з міцністю, але є граничним станом, визначальним несучу здатність конструкції. Під міцністю в широкому інженерному сенсі розуміють здатність матеріалу або деталі чинити опір руйнуванню, настанню плинності, втрати стійкості, поширенню тріщин. Фактори, здатні суттєво вплинути на несучу здатність звареної конструкції:

Діючі навантаження і викликані ними напруги;

Характер прикладання навантажень, статичний або динамічний (пульсуючий симетричний, випадковий);

Концентрація діючих напружень: нерівномірність прикладання навантаження, наявність дефектів;

Власні залишкові напруги;

Середовище і породжувані нею фізичні і хімічні процеси на поверхні;

Вплив всіх перерахованих вище факторів позначається на стані матеріалу через зміну його властивостей:

Пружність, що виражається модулем пружності, і пластична деформованість;

Міцність, що визначається межею плинності і тимчасовим опором;

Пластичність у вигляді відносного подовження і поперечного звуження;

Здатність матеріалу сприймати високі температури (жаростійкість і жароміцність) і низькі (хладостойкость);

Втомна міцність і старіння матеріалу.

У конкретних умовах експлуатації зазначені фактори виступають в складній взаємодії і визначають конструктивну прочностьізделія - ​​як встановлену в результаті експлуатації або випробування при конкретних властивостях матеріалу, значення і характер дії навантажень, температури, середовищі, технології виготовлення, здатність конструкції чинити опір наступу тих граничних станів, від яких залежать її службові властивості. Обмеження числа факторів, що враховуються в розрахунках, спричинене дією ряду причин:

Недостатність сучасних знань для побудови універсального розрахункового апарату;

Складність теорії, одночасно враховує вплив великої кількості чинників;

Висока вартість і тривалість випробувань для створення і застосування такої теорії;

Прагнення забезпечити доступність розрахунків для осіб з базовою інженерною підготовкою.

Це призводить до необхідності введення такого поняття як розрахункова міцність. Розрахункова міцність-це встановлена ​​в результаті розрахунку шляхом використання експериментальних характеристик матеріалу і апарату теорії здатність конструкції чинити опір наступу тих граничних станів, від яких залежать її службові властивості. Причини розбіжності розрахункової і конструктивної міцності.

Однофакторні методів інженерних розрахунків, що не дозволяє вести комплексне врахування численних спільно впливають чинників внаслідок складності побудови теорії. Наприклад, розрахунок на статичну міцність по граничному стані настання межі текучості передбачає порівняння середньої напруги з межею плинності металу без урахування концентрації напруги.

Тимчасове виключення з розгляду слабоізученних чинників, які згодом виявляються в ранзі основних. Наприклад, різна здатність сприймати напружений стан в місцях наявності дефектів у пластичних і високоміцних матеріалів.

Неправильний вибір граничних станів і критеріїв для оцінки міцності конструкції. Наприклад, використання при оцінці несучої здатності конструкції тільки силових критеріїв, а не поєднання їх з деформаційними, що особливо відчутно в місцях концентрації напружень.

Імовірнісна природа формування конструкційної міцності. Наприклад, для різних випадків можливе несприятливе поєднання чинників, що визначають конструкційну міцність.

Імовірнісний характер появи і розподілу дефектів в зварних конструкціях, що важко врахувати заздалегідь. Наприклад, «раптове» поява дефекту в конструкції, неможливість виявлення дефекту сучасними способами дефектоскопії, проста неуважність у виявленні дефекту.

Якщо затримати на деякий час охолодження при температурі, що лежить нижче температури, що відповідає MH. наприклад 20ºC. то, аустеніт, що зберігся не перетворення при охолодженні до цієї температури, стає стійким (Аост). Це явище стабілізації проявляється більш сильно в інтервалі температур MH ... MK і залежить від температури, при якій затрималося охолодження. Температура, нижче якої проявляється цей ефект стабілізації, позначається MС.

Особливі завдання стоять по підвищенню конструктивної міцності зварних виробів, які в багатьох випадках відрізняються від номінальної міцності зразків при статичних випробуваннях в умовах одновісних напружень. Протягом останніх років вУкаіни і за кордоном велика увага приділялася дослідженням конструктивної міцності зварних тонколистових конструкцій. Особливо чіткі відмінності між конструктивною міцністю і номінальною при одноосьових напружених були отримані в процесі випробувань конструкцій баків невеликого обсягу з титанових сллавов. Досвідченим шляхом було встановлено, що з підвищенням пластичності сплавів підвищувалася конструктивна міцність баків; навпаки, сплави з більш високою номінальною міцністю зразків показали гірші результати при вивченні конструктивної міцності виробів з концентраторами. Причиною цього явища виявилася висока чутливість до концентраторів напружень високоміцних титанових сплавів.

Збільшення міцності досягається створенням відповідних композицій сплавів і технології обробки. При цьому відбувається зміна складу і природи фаз, що утворюють сплав, їх кількості і розміру, характеру розподілу дислокації і інших дефектів кристалічної будови. Тому встановлюють зв'язок між структурою і конструктивної міцністю металів і сплавів.

Дисперсними частками часто є хімічні сполуки. Чим складніше кристалічна решітка фази упрочнителя і чим більше відрізняється її складу від основного твердого розчину, тим сильніше зміцнення. Хімічні сполуки, особливо карбіди і нітриди, мають високу твердість, але тендітні. Наприклад, твердість карбіду вольфраму WC становить Н1790, карбіду титану 'ПС - Н2850, нітриду титану TiN - Н3230. Таким чином, для отримання сплавів з високою конструктивною міцністю потрібно, щоб основний твердий розчин (матриця) мала дрібнозернисту будову з розвиненою внутрішньою Субструктура, в якій рівномірно розподілені високо-дісперснвш частки упрочняющей фази- Така структура сплаву забезпечує отримання напівпроникних бар'єрів для рухомих дислокацій і поєднання високої міцності (оп, від), пластичності (б, i [-), в'язкості руйнування

Низьколегованісталі мають більш високу конструктивну міцність в гарячекатаному і нормалізованому станах (рис. 167, НЛГК). Після термічної обробки низьколегованих сталей від зростає, a tb0 практично не змінюється. Верхня частина області НЛГК відноситься до сталей з карбідним зміцненням (14Г2АФ, 15Г2СФ і ін.), А нижня - до сталей 14Г2, 10Г2С1, 15ХСНД та ін. (Див. С. 262). Високої конструктивної міцністю володіють низьколеговані будівельні стали після контрольованої прокатки (рис. 167, НЛКП). Машинобудівні леговані стали після гарту і низького відпустки мають високу міцність смт, але схильні до крихкого руйнування (рис. 1§7, Лзно) - Поліпшення в залежності від температури відпустки і складу стали забезпечує низький порігхладноломкості при достатній міцності 0Т (рис. 167, ЛЗБ0). Найкращий комплекс механічних властивостей (смт, Kic, tb0) леговані стали мають після ТМО (рис. 167, Лтмо).

Вибір конструкційних матеріалів для виготовлення відповідних виробів (деталей машин, приладів і конструкцій, а також інструментів) визначається в першу чергу сукупністю їх механічних властивостей, званої конструктивної міцністю.